聶宏星

（容海川城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 山西 太原030027）

0 引言

從經(jīng)濟(jì)角度來看，對(duì)老舊建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固改造，可以節(jié)約大量資源，減少投入資金[1]?；炷两Y(jié)構(gòu)是以混凝土為主制作的結(jié)構(gòu)，其具有整體性、可塑性強(qiáng)，耐久性、耐火性好以及工程造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于各種建筑工程中。作為一門日漸成熟的技術(shù)，混凝土結(jié)構(gòu)加固是一種保障一些建筑結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定性、增加使用壽命，保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的手段，已逐漸成為我國房屋建筑業(yè)不可忽視的重要一環(huán)，因此對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)常用加固技術(shù)及其特點(diǎn)探析尤為必要。

1 截面加大加固法

1.1 原理及特點(diǎn)

加大截面法主要指通過增設(shè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土外加層或鋼筋網(wǎng)砂漿層以增大構(gòu)件的橫截面積，從而達(dá)到提供結(jié)構(gòu)承載能力目的的一種加固方式。加大截面法是一種應(yīng)用較廣的傳統(tǒng)加固方法，一般計(jì)算時(shí)可按加固后的整體截面計(jì)算，也可當(dāng)做疊合式受彎構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

截面加大加固法技術(shù)較為成熟、操作簡單，適用于鋼筋混凝土受彎和受壓構(gòu)件的加固，提升結(jié)構(gòu)承載能力和剛度的效果較強(qiáng)，但其濕法作業(yè)量大、養(yǎng)護(hù)時(shí)間長，容易影響生產(chǎn)及生活。

1.2 應(yīng)用注意事項(xiàng)

加大截面法適用性強(qiáng)，能夠適用于各種普通墻體、柱體及梁體等混凝土構(gòu)件的加固，加固處理后，結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力的方向不變，與原先保持水平。然而，值得注意的是，加固結(jié)構(gòu)在力的作用下，作為受力最為薄弱的環(huán)節(jié)，新老結(jié)構(gòu)的對(duì)接面會(huì)產(chǎn)生拉力、剪力等眾多復(fù)雜的應(yīng)力，一旦界面開裂，將造成對(duì)接面剝離而各自受力，以致會(huì)極大的損害加固效果。為此，研究結(jié)合面的粘性性能，改善結(jié)合面的施工工藝，對(duì)于截面加大加固法的應(yīng)用較為重要。目前，隨著加固技術(shù)的不斷發(fā)展，施工工藝的不斷優(yōu)化，錨噴混凝土加固、鋼筋混凝土套箍加固就是最新產(chǎn)物之一。

2 外包鋼加固法

2.1 原理及特點(diǎn)

外包鋼加固法就是利用束縛原結(jié)構(gòu)而增強(qiáng)整體的抗變形及承載實(shí)力的一種加固方法。在此方法中，原結(jié)構(gòu)主要指鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外包其表面的主要有鋼板、型鋼等。根據(jù)二者粘結(jié)形式不同，可分為外粘型與無粘結(jié)外包型兩種。在中國，外包鋼加固法也是運(yùn)用廣范的固有加固方法之一，一般具體應(yīng)用時(shí)根據(jù)原結(jié)構(gòu)不同的截面等采取不同的加固方法，如對(duì)于圓形截面柱，多用扁鋼加套箍，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體的剛度與承載實(shí)力；對(duì)于矩形截面柱，一般在其四角外包角鋼，同時(shí)為了利用它們和原先構(gòu)件的協(xié)同工作，橫向用綴板焊接成整體，從而實(shí)現(xiàn)加固的目標(biāo)；對(duì)于梁可僅在受拉邊給予角鋼外包加固，以大幅度提高構(gòu)件承載力等。

外包鋼加固法操作簡單、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量少、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，適用于要求較大增強(qiáng)截面抗震及承載實(shí)力的原結(jié)構(gòu)的加固，但鋼材的消耗量偏大，且此方法主要受力集中在節(jié)點(diǎn)位置，具有較大的處理難度。

2.2 應(yīng)用注意事項(xiàng)

外包鋼加固法是一種復(fù)合加固方法，整體性更好。如前文所述，外包鋼法根據(jù)原結(jié)構(gòu)與外包材料的粘結(jié)形式不同可分為兩類，現(xiàn)分別對(duì)其應(yīng)用注意事項(xiàng)作簡要介紹。

第一種類型為外粘型鋼材加固法，通常也叫做濕式加固法，這種方法施工簡便、快捷，對(duì)被加固構(gòu)件斷面尺寸和重量。值得注意的是，為了保證外包鋼和結(jié)構(gòu)件之間可以形成一個(gè)整體而協(xié)同受力，從而能夠極大的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件的承載實(shí)力，此方法通常使用環(huán)氧樹脂澆灌或是乳膠水泥粘結(jié)，且鋼板端部錨固非常重要，處理不當(dāng)易出現(xiàn)撕脫現(xiàn)象，同時(shí)基層溫度在5℃以下時(shí)該法需輔以升溫措施，加快固化。濕式法常用于可以利用結(jié)構(gòu)膠時(shí)加固負(fù)載較大的受壓結(jié)構(gòu)。

第二種類型為無粘結(jié)外包型加固法，通常也叫做干式加固法，這種方法操作更加簡單，但承載實(shí)力的提升卻相對(duì)較小。顧名思義，此方法外包鋼和原結(jié)構(gòu)件間沒有經(jīng)過黏結(jié)，二者之間無法形成一個(gè)整體，而僅僅是各自獨(dú)立受力，這也是其承載實(shí)力提升相對(duì)較小的原因。干式法常在當(dāng)項(xiàng)目規(guī)定不得采用粘結(jié)劑的時(shí)候優(yōu)先采用。

圖1 外粘型鋼加固法

3 粘貼鋼板加固法

3.1 原理及特點(diǎn)

粘貼鋼板加固技術(shù)指通過鋼板與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的共同作用改善鋼筋及混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，從而增強(qiáng)加固對(duì)象整體結(jié)構(gòu)的剛度以及承載實(shí)力。此方法一般鋼板通過建筑結(jié)構(gòu)膠固定于預(yù)應(yīng)力混凝土的薄弱位置或是其表面，主要適用于鋼筋混凝土受彎、受拉、大偏心受壓構(gòu)件的加固。

粘貼鋼板加固法工藝、施工簡單，硬化時(shí)間短，占用空間較小；鋼板固定于預(yù)應(yīng)力混凝土的薄弱位置或是其表面，不影響結(jié)構(gòu)外形，同時(shí)還可以控制劣化的加深，使結(jié)構(gòu)均衡受力，加固效果好；此外，此法還可以增強(qiáng)構(gòu)件的抗彎剛度以及抗變性能，降低整體繞度，加固費(fèi)用低。但是，此方法受粘結(jié)劑的質(zhì)量、耐久性以及施工質(zhì)量的影響顯著，且加固處理后的鋼板存在應(yīng)力滯后的情況，不適用于異形結(jié)構(gòu)梁、特殊造型的梁，隨型性較差。

1.2 應(yīng)用注意事項(xiàng)

粘貼鋼板加固法不適合用來處理素混凝土結(jié)構(gòu)，且待處理的混凝土構(gòu)件強(qiáng)度必須至少達(dá)到C15以上。同時(shí)，在選擇這種方法進(jìn)行加固的過程中，為了獲得良好的加固效果，從而增強(qiáng)構(gòu)件的抗彎剛度以及抗變性能，應(yīng)當(dāng)保證結(jié)構(gòu)后期所處的環(huán)境溫度及相對(duì)濕度不能過高，因?yàn)闇囟冗^高及相對(duì)濕度過大會(huì)極大的影響改性環(huán)氧樹脂灌注膠等建筑結(jié)構(gòu)膠性能，促進(jìn)其老化，一般而言環(huán)境溫度不得超過60℃，相對(duì)濕度不得大于70%，否則需采取對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施并選擇具備相應(yīng)性能的粘結(jié)劑。

4 貼碳纖維加固法

4.1 概述及特點(diǎn)

貼碳纖維加固法指運(yùn)用膠黏劑將碳纖維增強(qiáng)聚合物粘附于構(gòu)件的外層，實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)及抗震性能增強(qiáng)的目標(biāo)。碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP)屬于高強(qiáng)度的新型復(fù)合材料之一，具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕以及耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，可以普遍適用于各個(gè)種類的構(gòu)件與各個(gè)部位。

運(yùn)用碳纖維材料加固法屬于新興的有效加固修復(fù)方法之一，由于碳纖維材料本身具有優(yōu)異的物理性能，因此較其他方法，其具有較多的優(yōu)秀特征[2]：第一，運(yùn)用這種材料給予加固具有較好的耐腐蝕性及持久性，能夠適用于各類型建筑結(jié)構(gòu)中，且能夠使結(jié)構(gòu)外形保持不變；第二，運(yùn)用碳纖維材料加固法強(qiáng)度高、效果好，可以大幅提升構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的負(fù)載能力，改善受力特性；第三，對(duì)于運(yùn)用傳統(tǒng)法效果不佳的某些大型殼體和隧道構(gòu)造等項(xiàng)目，該方法可以高效的實(shí)現(xiàn)補(bǔ)強(qiáng)加固目標(biāo)，且質(zhì)量可以獲得保障；第四，貼碳纖維加固法能夠提高框架結(jié)構(gòu)塑性鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，加固未受損的混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑時(shí)，還有助于改善結(jié)構(gòu)延性，提高結(jié)構(gòu)抗倒塌性及抗震性；第五，碳纖維加固在幾乎沒有增加梁體截面積大小和重量的基礎(chǔ)上，不僅能夠滿足建設(shè)方的需求，且能夠節(jié)省8倍的材料消耗，總體社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益均較強(qiáng)。但是，貼碳纖維加固法的費(fèi)用較高，對(duì)施工人員素質(zhì)要求高，為了最大化的滿足加固要求，得到預(yù)期效果，必須尤為注意施工過程。

4.2 應(yīng)用注意事項(xiàng)

在具體施工的過程中，要利用極限狀態(tài)法進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且將概率理論當(dāng)做依據(jù)，確保在這一狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。首先，根據(jù)平時(shí)積累的檢測(cè)數(shù)據(jù)，測(cè)算出混凝土與鋼筋的現(xiàn)實(shí)強(qiáng)度，為運(yùn)用碳纖維材料加固法做好充足的基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備；其次，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將相應(yīng)材料的強(qiáng)度設(shè)定成指標(biāo)，并明確采用這種加固法處理以后將給結(jié)構(gòu)造成怎樣的影響，同時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理和預(yù)防；第三，對(duì)不同的結(jié)構(gòu)或者黏貼方式加固應(yīng)根據(jù)實(shí)際采取不同的方法，如對(duì)板與梁的受拉區(qū)實(shí)施加固及選擇封閉式進(jìn)行抗震加固時(shí)，為了大幅提升構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的負(fù)載能力，必須確保材料的排列方向與結(jié)構(gòu)的軸方向保持垂直。此外，碳纖維材料建立極限狀態(tài)下的應(yīng)變，在進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)施工過程中，應(yīng)當(dāng)利用線性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系加以明確。

4 結(jié)語

綜上所述，分析了4種主要的混凝土加固技術(shù)及其特點(diǎn)。對(duì)于適用性而言，截面加大加固法適用于室內(nèi)使用空間、凈空較為寬裕的加固，外包鋼加固法適合用在不準(zhǔn)增加原結(jié)構(gòu)截面大小的加固，粘貼鋼板加固法應(yīng)用于不影響結(jié)構(gòu)外形的加固，黏貼碳纖維加固法適用于混凝土梁、板的加固。對(duì)于綜合前景而言，黏貼碳纖維加固法施工工期短、材料耐久性好，綜合來說是具有廣闊前景的新興混凝土加固技術(shù)。